Uwielbiam, kiedy nauczyciele zadają pytania! Zawsze lubię dobre pytania naukowe, ponieważ zmuszają mnie one do zastanowienia się nad tematem, aby być pewnym, że udzielam właściwej odpowiedzi, ale kiedy nauczyciel zadaje pytanie, czuję się zobowiązany do udzielenia odpowiedzi (jeśli mogę), która pozwoli mu wyjaśnić temat swoim uczniom. Ostatnio rozmawiałem z przyjacielem nauczycielem o zmianach chemicznych i fizycznych, a im więcej rozmawialiśmy, tym bardziej wydawało mi się, że reszta z was może uznać to za przydatne.
Pojęcia zmian fizycznych i chemicznych są zawarte w programie nauczania szkoły podstawowej i średniej w większości stanów, a od uczniów oczekuje się, że będą w stanie powiedzieć, czy zmiana jest fizyczna czy chemiczna.
W przypadku zmiany chemicznej, co najmniej jedna z zaangażowanych substancji musi mieć inny wzór chemiczny. W przypadku zmiany fizycznej, substancja może zmienić swoje właściwości fizyczne (rozmiar, kształt, kolor, itp.), ale jej wzór chemiczny pozostaje taki sam.
OK to brzmi wystarczająco prosto. Jeśli zmienia się wzór chemiczny, mamy zmianę chemiczną. Na przykład, jeśli zmieszamy ocet i sodę oczyszczoną, mieszanina będzie bulgotać i musować, a my skończymy z wodą, dwutlenkiem węgla i octanem sodu.
CH3CO2H + NaHCO3 = H2O + CO2 + CH3COONa
Formuły chemiczne na końcu różnią się od formuł na początku, co mówi nam, że jest to zmiana chemiczna.
Jeśli formuły chemiczne nie zmieniają się, wtedy wszelkie zmiany są zmianami fizycznymi. Dobrym tego przykładem jest rozpuszczanie cukru w wodzie. Gdy cukier się rozpuści, masz cząsteczki cukru zmieszane z cząsteczkami wody. Wzory chemiczne na końcu są takie same, jak na początku, więc jest to zmiana fizyczna.
C12H22O11 + H2O = C12H22O11 + H2O
Mimo, że może to brzmieć jak proste rozróżnienie, jeśli nie znasz wzorów chemicznych substancji przed i po zmianie, nie możesz być pewien, jakiego rodzaju jest to zmiana. Istnieją wskaźniki, że zmiana MOŻE być zmianą chemiczną, takie jak zmiana koloru, zmiana temperatury, wydzielanie światła, tworzenie pęcherzyków gazu lub tworzenie osadu (cząstek stałych), ale ŻADEN z nich nie jest rozstrzygającym dowodem zmiany chemicznej. Każda z nich może być również spowodowana przez zmianę fizyczną.
Zmiana koloru:
Zmieszaj trochę żółtego barwnika spożywczego z niebieskim i otrzymasz zielony, zmiana fizyczna, która powoduje zmianę koloru.
Zmiana temperatury:
Nałóż trochę alkoholu na skórę. Gdy wyparuje, twoja skóra stanie się zimniejsza. Jest to zmiana fizyczna (parowanie), która daje zmianę temperatury. A co z wytwarzaniem ciepła? Okłady cieplne wielokrotnego użytku sprzedawane na bóle mięśni zawierają super nasycony roztwór substancji chemicznej zwanej octanem sodu. Kiedy octan sodu krystalizuje się (zmiana fizyczna), wydziela całkiem sporo ciepła, ale wzór chemiczny pozostaje taki sam.
Wytwarzanie światła:
Zapal światło neonowe. Gaz neonowy zmienia się w plazmę i wydziela światło, ale nadal jest to neon, ale teraz jest plazmą zamiast gazem. To jest zmiana fizyczna.
Powstawanie pęcherzyków gazu:
Ogrzej patelnię z wodą. Zanim stanie się ona wystarczająco gorąca, aby zagotować się, zobaczysz bąbelki. Te bąbelki to gazy, które zostały rozpuszczone w wodzie. To jest fizyczna zmiana, która wytwarza bąbelki gazu. Kontynuuj podgrzewanie wody, a ona zacznie wrzeć. Ponownie, otrzymasz bąbelki gazu, i ponownie jest to zmiana fizyczna.
Utworzenie osadu:
Osad to ciało stałe, które tworzy się w roztworze. Rozpuść cukier w wodzie, aż przestanie się rozpuszczać. Pozwól wodzie wyparować, a otrzymasz osad (i cukierki kamienne!) To jest zmiana fizyczna.
Odwracalne:
Wiele źródeł mówi, że zmiany fizyczne są odwracalne, podczas gdy zmiany chemiczne nie są. Przetestujmy to na powszechnym przykładzie zmiany fizycznej. Podrzyj kartkę papieru na kawałki. Żaden wzór chemiczny się nie zmienił, więc jest to zmiana fizyczna. Teraz odwróć zmianę, aby umieścić kawałki z powrotem razem w arkuszu papieru. Śmiało, zrób to teraz. Ja poczekam.
Teraz spójrzmy na jeszcze trudniejszy przykład. Jeśli stopimy trochę miedzi i trochę cynku, a następnie zmieszamy je razem, otrzymamy roztwór znany jako mosiądz. Miedź i cynk nie weszły w reakcję chemiczną, więc jest to zmiana fizyczna, ale jeśli spróbujemy odwrócić ten proces, aby oddzielić miedź od cynku, będziemy mieli prawdziwe wyzwanie na głowie.
Z drugiej strony, wiele zmian chemicznych jest łatwo odwracalnych. Możesz użyć prądu elektrycznego, aby rozbić wodę (H2O) na wodór (H2) i tlen (O2). Wzory się zmieniły, więc jest to zmiana chemiczna. Jedna mała iskra spowoduje zapłon mieszaniny gazów, wytwarzając wodę (H2O). Właśnie odwróciłeś zmianę i skończyłeś z tą samą substancją, z którą zacząłeś.
Jeśli kiedykolwiek używałeś papierka lakmusowego lub innych wskaźników pH, widziałeś już przykład łatwo odwracalnej zmiany chemicznej. Wskaźniki te zmieniają swoją formułę chemiczną w zależności od pH środowiska, w którym się znajdują, a reakcja chemiczna może być odwracana w kółko.
Innym doskonałym przykładem odwracalnych zmian chemicznych jest cykl węglowy. Oddychanie i fotosynteza są świetnymi przykładami zmian chemicznych, które są odwracalne. Oddychanie komórkowe przekształca tlen w dwutlenek węgla. Fotosynteza przekształca dwutlenek węgla w tlen. Te same cząsteczki są chemicznie zmieniane tam i z powrotem, w kółko i w kółko.
Co sprowadza się do tego, że jeśli nie znasz wzorów chemicznych dla substancji przed i po zmianie, nie ma sposobu, aby być pewnym, czy zmiana była chemiczna czy fizyczna. Możesz zgadywać, ale dopóki nie spojrzysz na to równanie chemiczne, nie możesz być pewien.
Staje się to jeszcze trudniejsze, gdy spojrzysz na niektóre z podręcznikowych przykładów zmian chemicznych i fizycznych. Na przykład:
1. Czy pieczenie ciasta jest przykładem zmiany chemicznej czy zmiany fizycznej?
Zatrzymaj się tutaj i zastanów się dokładnie nad obydwoma przykładami, zanim pójdziesz dalej. Nie, ja naprawdę mówię poważnie. Zatrzymaj się. Pomyśl. Pomyśl jeszcze trochę. Następnie kliknij tutaj, aby uzyskać odpowiedź.
Oczywiście, odpowiedź brzmi nie. Nie? Jakiego rodzaju jest to odpowiedź? Otóż pytanie brzmiało: „Czy pieczenie ciasta jest przykładem zmiany chemicznej czy zmiany fizycznej?”. Właściwie, pieczenie ciasta jest przykładem kilku zmian chemicznych i kilku zmian fizycznych, więc nie jest to jedno LUB drugie. Zamiast tego, jest to kilka przykładów obu rodzajów zmian. Denaturowanie białek w mleku, jajkach i mące to zmiany chemiczne. Wiązania chemiczne są przerwane, a nowe wiązania są wykonane. Wodorowęglan sodu i kwas winowy w proszku do pieczenia reagują chemicznie, aby wytworzyć dwutlenek węgla, dzięki czemu ciasto urośnie. To również jest zmiana chemiczna.
Z drugiej strony, jeśli spróbujesz ciasta, cukier nie zmienił się chemicznie. Nadal jest to (C12H22O11) i nadal smakuje jak cukier. Został rozpuszczony w płynnym cieście, ale to jest zmiana fizyczna. Jeśli umieścić kawałek ciasta w misce z wodą, mash it up, odcedzić go i odparować wodę, masz cukier z powrotem.
Woda w cieście nie zmieniła się chemicznie. Sporo z niej wyparowało, ale jest to zmiana fizyczna. Jeśli dodałeś do ciasta przyprawy lub dodatki smakowe, prawdopodobnie nie zmieniły się one chemicznie, ale niektóre z ich lotnych substancji chemicznych zostały rozpuszczone i rozproszone w cieście. Jeśli przypaliłaś ciasto, to smak również się zmienił, a to byłaby zmiana chemiczna. Alkohol i woda w ekstrakcie z wanilii wyparowały (zmiana fizyczna), pozostawiając wanilinę bez zmian, aby nadać smak ciastu. Gdy się temu przyjrzeć, pieczenie ciasta zawiera kilka przykładów zarówno zmian chemicznych, jak i fizycznych.
2. Czy rozpuszczanie soli w wodzie jest zmianą chemiczną czy fizyczną?
OK, teraz dla drugiego. Ponownie, zastanów się nad tym dokładnie, zanim przejdziesz dalej. Następnie kliknij tutaj, aby uzyskać odpowiedź.
Przykład #2 jest częścią rozmowy, którą prowadzę w tej chwili. Rozpuszczanie soli w wodzie jest powszechnie używanym przykładem zmiany fizycznej, ale kiedy rozpuszczasz sól (NaCl) w wodzie (H2O), otrzymujesz jony sodu (Na+) i jony chloru (Cl-) zmieszane z wodą (H2O). Niektórzy twierdzą, że jest to zmiana chemiczna, ponieważ związek jonowy chlorku sodu rozdzielił się na jony sodu i jony chloru. Ta dyskusja wciąż trwa, więc nie krępuj się dodawać swoich komentarzy.
Mimo że może się to wydawać bardzo skomplikowane, kiedy zaczniesz uczyć się chemii, stanie się to o wiele łatwiejsze. Podczas nauki chemii skupiasz się na wzorach i równaniach chemicznych. Patrząc na równanie chemiczne natychmiast dowiesz się, czy wzory się zmieniły, czy nie. Kto by pomyślał, że chemia w szkole średniej może być o wiele prostsza niż nauka w szkole podstawowej?